近日，中国科学院合肥物质科学院研究员张洪文在电学谱学双模监测气体传感器的创新设计和可控制造方面取得了新进展，相关研究成果以“相关研究成果”为基础Vortex Engineering on Oxide Bowl-Coated Oxide/Gold Dual-Layer Array for Dual Electrical/Spectroscopic Monitoring of Volatile Organic Compound以Advanced为题发表 Functional Materials 上。
该工作得到了国家自然科学基金、安徽自然科学基金、山东创新能力提升项目、中国科学院合肥分院院长基金等项目的支持。
传感器是构成现代技术和工程系统的关键核心部件。半导体电导气体传感器具有灵敏度高、响应快、集成方便等优点。通过实时监测环境中的特征气体，可以及时诊断和预警潜在风险或事件。然而，单个电信号不能在复杂系统下准确识别目标分子，而半导体传感器通常仅限于危险气体的泄漏报警。因此，在现有半导体传感器的基础上，开发多传感技术高效集成的新原理和方法，深入拓展和赋予传感器准确识别能力，有望为精细环境监测、疾病准确诊断和治疗、工业自动化和国防安全应用提供革命性的解决方案，促进传感器行业的创新和发展。
拉曼光谱增强了实时电气体传感和高度可识别的表面（SERS）挥发性有机化合物的技术组合（VOCs）监测在保障公众健康和安全方面具有巨大潜力。但由于设备的性能和可重复性不能满足实际应用的要求，该技术仍处于概念验证阶段。为了应对这一挑战，这项研究正在掺入镍二氧化锡（Ni-碗状包裹在Sno2中 Ni-SnO2/Au/SiO2 涡流工程技术应用于双功能双层阵列，开发了高度可重复的设备制造技术。在双层阵列中，上层 Ni-SnO2 碗中产生的涡流可以减缓挥发性有机化合物的流动，并将其引导到下层 Ni-SnO2/Au/SiO2 单元之间的间隙，这对 SERS 与电传感非常重要。实验结果表明，阵列中的涡流效应可以实现 10 ppb 低检测限，并在几秒钟内做出响应和恢复。泄漏源和阵列之间的距离是 5 宽敞的米环境(约 60 在立方米)中，苯乙烯约为 100 小时定量多重监控证明了该阵列的卓越实用性。基于界面自组装的叠层结构技术，它不仅可以实现敏感单元的准确按需调节，还可以有效地与现有的MEMS微纳加工工艺相结合，实现大规模生产制造，有望为高性能传感器的创新设计和集成制造提供材料基础和技术支持。